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チタン合金の種類と特性｜選定の基礎

チタン合金の種類と特性｜選定の基礎

チタン材の選定は、単に「強い材を選べば安心」という話ではありません。設計・調達・加工の実務で起きやすい誤解（用語の呼称揺れ、熱による特性変化、規格対応のずれ等）を先に整理しておくと、判断のブレを抑えられます。

Ti-6Al-4Vとβ系の違い、冷間成形後に所要強度が得られるかを設計と調達の判断軸で整理します。設計者・調達担当者が合金選定と工程設計で必要な数値と実務的な視点を得られるように、代表合金の特性と運用上の注意点を示します。

--- 医療でチタンが選ばれる理由は、単なる「錆びにくい金属」だからではありません。表面にできるTiO2の不動態皮膜が耐食性と生体適合性を支え、骨と直接結合するオッセオインテグレーション、骨のヤング率に近づける設計余地、そして長期実績まで含めて評価されているからです。

チタン材の図面や仕様書で混線しやすいのが、JIS H 4650のような規格番号と、TP340TAB6400のような種類記号を同じものとして扱ってしまうことです。

図面レビューでよく見られるのは、合金名がTi-6Al-4Vで正しく記載されているにもかかわらず、板材向けのAMS 4911と棒・線・鍛造向けのAMS 4928を入れ替えて記載しているケースです。こうした誤りがあると材料手配や加工前提がずれてしまいます。

チタンの耐食性は、母材表面が空気や水と接触した際に自発的にTiO2主体の不動態皮膜を形成し、損傷があっても再び立ち上がることに根拠があります。海水や塩化物環境で信頼されるのはこのメカニズムによるもので、設計上は用途や局所環境に応じてグレードを分けて判断します。

純チタンの比重は約4.51 g/cm³、Ti-6Al-4Vは約4.43 g/cm³で、鉄鋼の約7.85 g/cm³より軽く、アルミニウムの2.70 g/cm³よりは重い金属です。

本稿では、比重 4.43 g/cm³、引張強度 895 MPa 程度、耐力 828 MPa 程度、ヤング率約110 GPa、使用温度の目安 350℃ といった主要数値を軸に整理します。

純チタンとチタン合金の違いは、強度だけで切り分けると判断を誤ります。材料選定の会議では、実際には性能・コスト・加工性の三角比較で結論を出す場面が多く、その前提に立つと、耐食性と成形性、調達負担まで含めて純チタンが有力になる案件は少なくありません。